偏压梯度TiAlN涂层对TC4钛合金振动与拉伸疲劳性能的影响与机理

目的 探究偏压梯度TiAlN涂层对基体疲劳性能的影响规律和疲劳损伤机理。方法 利用磁过滤阴极真空弧技术和连续改变偏压的沉积工艺,在TC4钛合金表面沉积了偏压梯度TiAlN涂层,并采用扫描电镜、轮廓仪、纳米压痕和划痕仪表征测试了TiAlN涂层的微观结构和内应力、表面硬度、膜基结合力等基本力学性能。对TiAlN涂层试件的振动和拉伸疲劳性能分别进行了考核,通过观察试件疲劳断口形貌,探究了偏压梯度TiAlN涂层/基体的疲劳损伤机理。结果 TiAlN涂层中Al元素含量沿深度方向一直在降低,偏压工艺成功制备出梯度结构涂层。偏压梯度TiAlN涂层的内应力为压缩状态,数值为(2.66±0.23) GPa,显著低于对应恒压涂层(‒200 V)。偏压梯度TiAlN涂层试件平均振动强度和拉伸疲劳强度分别为370.90、377.90 MPa,前者相对于TC4基体提高了47.7%,后者几乎保持不变。结论 TiAlN涂层内部存在残余压应力,具有一定抗裂纹萌生能力,TC4钛合金表面制备偏压梯度TiAlN涂层后,两种受载类型下的疲劳裂纹源均位于涂层与基体界面处。振动受载时,涂层中梯度结构抑制了裂纹的扩展,疲劳强度提高;拉伸受载时,TiAlN涂层部分发生破碎,抑制裂纹萌生与促进裂纹扩展两种机制同时存在,疲劳强度几乎不变。     

Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜对1Cr17Ni2不锈钢疲劳性能的影响

采用真空阴极电弧沉积技术在1Cr17Ni2马氏体型不锈钢表面沉积Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜。研究对比了在室温下膜层试样与基体试样的旋转弯曲疲劳强度、疲劳寿命和疲劳断裂机理。结果表明:在不锈钢基体上沉积厚度为11.7μm,硬度为3 220HV0.025,膜/基结合力为56N的Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜后,其疲劳性能显著提高,膜层试样较基体试样的疲劳极限提高了约11.2%,当应力水平在540～650 MPa变化时,疲劳寿命增量变化范围为108%～246%;裂纹均起源于表面,在低应力水平下只有一个裂纹源,而高应力水平下有多个裂纹源;疲劳性能的提高主要是由于膜层能够弥补基体表面一定的缺陷,同时软硬交替的膜层结构有较强的抗裂纹扩展能力。     

TC11/TC17线性摩擦焊接头疲劳性能及断口分析

针对TC11/TC17线性摩擦焊接头及母材进行了高周疲劳性能测试。结果表明,接头的高周疲劳强度与TC11母材相当,断裂发生在TC11母材一侧。通过对断口形貌进行分析,发现疲劳断口分为明显的3个区域:裂纹萌生区、裂纹扩展区、最终断裂区,且疲劳断口裂纹萌生于试件近表面处。裂纹扩展区较平整,在整个断口中占了较大的比例;裂纹扩展的初始阶段可观察到二次裂纹和由塑性变形引起的撕裂棱存在,裂纹扩展区后期阶段断口形貌以塑性撕裂为主。最终断裂区与裂纹扩展区不在一个平面上,TC11/TC17线性摩擦焊接头的疲劳断口为沿晶断口和撕裂棱的混合断口。     

钒掺杂镁基微弧氧化膜的制备及电化学与光学性能

针对TC6钛合金进行了激光冲击强化(LSP)参数设计,应用XRD衍射仪对LSP试件进行了残余应力分布规律测试和图谱分析,采用透射电子显微镜对强化层微观组织进行了观察,对有无LSP标准振动疲劳试件进行了振动疲劳对比试验.研究表明,TC6钛合金LSP较佳功率密度为3 GW/cm2,LSP能在材料表层产生深度为1.6 mm的高数值残余压应力场,表面残余应力可达-660 MPa,深度为0.1 mm处残余应力最大,最大值可达-690 MPa; LSP后没有新相产生,且晶粒细化、残余微观应变导致Bragg衍射峰宽化;LSP后钛合金表层出现高密度位错和纳米晶;钛合金标准振动疲劳试件LSP后疲劳极限由438.6 MPa增加至526.7 MPa,提高20.1％;疲劳断口分析表明LSP产生的组织细化和高数值残余压应力场可以有效抑制疲劳裂纹的萌生和扩展,从而提升TC6钛合金的抗疲劳性能.     

LSP提高TC6钛合金振动疲劳性能及强化机理研究

针对TC6钛合金进行了激光冲击强化(LSP)参数设计,应用XRD衍射仪对LSP试件进行了残余应力分布规律测试和图谱分析,采用透射电子显微镜对强化层微观组织进行了观察,对有无LSP标准振动疲劳试件进行了振动疲劳对比试验。研究表明,TC6钛合金LSP较佳功率密度为3 GW/cm2,LSP能在材料表层产生深度为1.6 mm的高数值残余压应力场,表面残余应力可达-660 MPa,深度为0.1 mm处残余应力最大,最大值可达-690 MPa;LSP后没有新相产生,且晶粒细化、残余微观应变导致Bragg衍射峰宽化;LSP后钛合金表层出现高密度位错和纳米晶;钛合金标准振动疲劳试件LSP后疲劳极限由438.6 MPa增加至526.7 MPa,提高20.1%;疲劳断口分析表明LSP产生的组织细化和高数值残余压应力场可以有效抑制疲劳裂纹的萌生和扩展,从而提升TC6钛合金的抗疲劳性能。     

Fatigue Behavior and Damage Evolution of SiC Fiberreinforced Ti-6Al-4V Alloy Matrix Composites

研究SiC纤维增强钛基复合材料(SiCf/Ti-6Al-4V)室温疲劳行为和损伤演化机制。疲劳试验条件:载荷控制、应力比0.1和加载频率10 Hz。采用疲劳断裂试验建立最大加载应力为600~1200 MPa内SiCf/Ti-6Al-4V的S-N曲线。采用疲劳中止试验以及SEM显微分析研究应力水平对SiCf/Ti-6Al-4V疲劳损伤演化的影响。结果表明,SiCf/Ti-6Al-4V疲劳损伤萌生模式与演化过程与应力水平密切相关。在高应力水平(Smax=1000 MPa),纤维开裂是主要损伤萌生模式。一旦2或3根纤维断裂后,纤维裂纹和基体裂纹开始联接并形成宏观扩展裂纹。在中等应力水平(Smax=800 MPa),基体裂纹萌生与扩展是主要损伤模式。多条基体裂纹萌生于试样外表面棱边和离外表面附近试样内部开裂的纤维基体界面处。基体裂纹均沿垂直于加载方向扩展,且大部分纤维未断裂并纤维桥接基体裂纹。在低应力水平(Smax=600 MPa),仅在C涂层和界面反应层之间和C涂层内部观察到局部界面脱粘现象。     

SiC纤维增强Ti-6Al-4V复合材料的疲劳行为及损伤演化研究（英文）

研究SiC纤维增强钛基复合材料(SiCf/Ti-6Al-4V)室温疲劳行为和损伤演化机制。疲劳试验条件:载荷控制、应力比0.1和加载频率10 Hz。采用疲劳断裂试验建立最大加载应力为600~1200 MPa内SiCf/Ti-6Al-4V的S-N曲线。采用疲劳中止试验以及SEM显微分析研究应力水平对SiCf/Ti-6Al-4V疲劳损伤演化的影响。结果表明,SiCf/Ti-6Al-4V疲劳损伤萌生模式与演化过程与应力水平密切相关。在高应力水平(Smax=1000 MPa),纤维开裂是主要损伤萌生模式。一旦2或3根纤维断裂后,纤维裂纹和基体裂纹开始联接并形成宏观扩展裂纹。在中等应力水平(Smax=800 MPa),基体裂纹萌生与扩展是主要损伤模式。多条基体裂纹萌生于试样外表面棱边和离外表面附近试样内部开裂的纤维基体界面处。基体裂纹均沿垂直于加载方向扩展,且大部分纤维未断裂并纤维桥接基体裂纹。在低应力水平(Smax=600 MPa),仅在C涂层和界面反应层之间和C涂层内部观察到局部界面脱粘现象。     

TiN/TiAIN涂层的断裂韧性研究

采用多弧离子镀技术在Ti(C,N)基和WC基金属陶瓷基体上沉积了TiN/TiAlN涂层,利用维氏硬度计对涂层进行压痕试验;通过测试压痕周围的裂纹长度和数目,用裂纹密度β来评价涂层的断裂韧性.结果表明,Ti(C,N)基金属陶瓷基体上TiN/TiAlN涂层的裂纹密度为4558,比WC基金属陶瓷基体上涂层的裂纹密度低.TiN/TiAlN涂层的压痕形貌中,涂层没有剥落,只有沿压痕应力角径向显微裂纹和压痕四周的侧向显微裂纹,不同基体其压痕裂纹特点也不同.Ti(C,N)基金属陶瓷基体上涂层的径向裂纹非常短,并有裂纹偏转现象,侧向裂纹很长.WC基金属陶瓷基体上涂层的径向裂纹很长,非常平直,侧向裂纹很短.     

自蔓延TiC/Ni功能梯度涂层热疲劳性能研究

利用自蔓延高温合成结合准热等静压技术(SHS/PHIP),在H13钢表面制备了Ti C/Ni梯度功能涂层,采用自制热疲劳试验设备对涂层进行了600次热疲劳循环试验。采用SEM/EDS对涂层微观组织进行观察。结果表明,涂层裂纹萌生于表面层和中间层的孔洞尖端和缺陷处,25℃和100℃涂层的裂纹垂直于界面扩展到过渡层。25℃涂层在过渡层发生脱落,100℃涂层在过渡层呈龟裂状,200℃和300℃涂层裂纹垂直于界面扩展到基体表面终止。表面层和中间层裂纹扩展发生在Ti C晶粒内,属于典型脆性断裂特征的穿晶断裂。     

TC4钛合金表面TiAlN/Ti涂层的抗冲蚀性能研究

目的 通过明晰TC4钛合金表面不同结构的TiAlN/Ti涂层的冲蚀机制,为提高TC4钛合金的抗冲蚀性能、制备具有良好冲蚀性能的涂层奠定基础.方法 采用磁过滤真空阴极弧(FCVA)与金属蒸汽真空弧(MEVVA)技术,按照一定方式在TC4钛合金表面制备相同厚度不同层数的TiAlN/Ti涂层,采用扫描电镜(SEM)、光学显微镜、纳米压痕仪,对TiAlN/Ti涂层的微观结构和力学性能进行表征和分析.采用冲蚀试验平台,通过参数的调整来模拟沙尘环境,开展TC4钛合金和TiAlN/Ti涂层的冲蚀试验,计算获得冲蚀率.采用Proto-LXRD应力仪测试分析冲蚀前后TiAlN/Ti涂层的残余应力,利用SEM对涂层的冲蚀形貌进行表征和分析,并探讨涂层冲蚀损伤机理.结果 相比于TC4基体试样,层数为4、8、12层的TiAlN/Ti涂层试件冲蚀后的质量损失分别降低了86.9％、91.3％和94.0％,残余压应力分别增加了34、135、203 MPa.对比冲蚀区表面形貌,当涂层的层数为4层时,冲蚀区涂层脱落明显;当涂层层数为8层时,冲蚀区涂层局部有脱落;当涂层层数为12层时,冲蚀区涂层脱落不明显,对基体的防护较好.结论 MEVVA离子源注入技术显著提高了涂层的致密度和涂层与基体间的结合力.TiAlN/Ti涂层能显著改善试样的表面性能.相同涂层厚度下TiAlN/Ti涂层的层数越多,H3/E2值越大,抗冲蚀性能越优异.     

Structural, mechanical and corrosion properties of TiOxNy/ZrOxNy multilayer coatings

Results on the deposition and characterization of TiO_xN_y/ZrO_xN_y multilayers, with bilayer periods of 20 and 400 nm, are presented. The coatings were deposited on TiNiNb alloy substrates by the pulsed magnetron sputtering method. The elemental composition, hardness, adhesion and corrosion resistance of the coatings were analyzed.As resulted from the XPS analysis, the individual layers consisted of a mixture of titanium or zirconium oxynitrides and corresponding oxides. X-ray analysis revealed that the coatings were amorphous. Only slight differences between the microhardness and adhesion values of the coatings with small and large bilayer period Λ were found. The experiments also showed that the multilayered coatings improved the corrosion resistance of the uncoated alloy and reduced the amount of ion release in artificial body fluids.     

Ag/LaNixCo1-xO3触点材料的制备及电接触性能研究

本文运用溶胶-凝胶燃烧法合成了双钙钛矿型LaNixCo1-xO3(LNCO)纳米材料,利用粉末冶金和热挤压技术制备了相应的Ag/LNCO触点材料及元件样品。重点考察了不同Ni、Co含量对Ag/LNCO触点材料微观结构、物相组成、物理性能、力学性能及电寿命服役能力的影响,对其电弧侵蚀失效行为进行了研究,并与SnO2粉体增强Ag基触点材料进行对比。结果表明:溶胶凝胶法合成的LNCO纳米颗粒粒径为20-30 nm,经粉末冶金工艺制备的Ag/LaNi0.5Co0.5O3触点材料电学性能和电寿命都优于Ag/SnO2触点材料,其电阻率低至2.10 μΩ?cm,电寿命性能达到51287次。表明Ag/LaNi0.5Co0.5O3触点材料性能较佳,是一种可以取代Ag/CdO的新型触点材料。     

MOCVD growth and characterizations of BxAl1−xAs and BxAl1−x−yInyAs alloys

Zinc-blende B_xAl_1−xAs and B_xAl_1−x−yIn_yAs alloys have been grown on exactly oriented (0 0 1)GaAs substrates by low pressure metalorganic chemical vapor deposition (LP-MOCVD). The influence of susceptor coating, growth temperature and gas-phase boron mole fraction on boron incorporation into AlAs has been comprehensively investigated. It has been found that boron incorporation into AlAs could be enhanced and the optimal growth temperature range of B_xAl_1−xAs alloys changed from 580 °C to 610 °C when SiC-coated graphite susceptors were replaced by the non-coated ones. In this study, the maximum boron composition x of 2.8% was achieved for the pseudomorphically strained B_xAl_1−xAs alloys. AFM measurements show that RMS roughness of B_xAl_1−xAs alloys increased sharply with the increase of gas-phase boron mole fraction. Raman spectra of B_xAl_1−xAs alloys show a linear increase of the BAs shift with boron composition x. Based on BAlAs deposition, bulk B_xAl_1−x−yIn_yAs (x = 1.9%) quaternary alloy was grown lattice-matched to GaAs successfully. Moreover, 10-period BAlAs/GaAs and BAlInAs/GaAs MQW heterostructures were also demonstrated.     

High strength and good ductility of casting Al-Cu alloy modified by PrxOy and LaxOy

A modified Al-Cu alloy with high tensile strength and ductility of about 574.0 MPa and 10.4%, respectively, was obtained by adding multiple rare earth oxides (Pr_xO_y and La_xO_y) as modifier. Compared with the unmodified Al-Cu alloy, the tensile strength and ductility of the modified sample were increased by 24.3% and 42.5%, respectively. The improvement both in the strength and ductility may attribute to the finer crystal grains and dendrites, more homogeneously distributed θ′ phase precipitates and the intermetallic compounds formed at the crystal grain boundaries as well as in the space of the dendrites.     

铸造CAD／CAE／ES／PDM／ERP一体化及集成技术研究

详细阐述了支持铸造工艺设计、工艺优化、工艺信息管理、企业管理的系统研究与应用特点,在此基础上提出了基于PDM平台的铸造CAD／CAE／ES／PDM／ERP一体化框架体系,在华铸实验室现有软件体系（华铸CAE／CAD／PDM／ERP）及应用的基础上,设计与实现了一体化系统关键点及其集成技术。最后,以若干实际案例来证明本研究一体化系统的实用性。     

Hydrothermal synthesis of superconductors Ba1−xKxBiO3 and double perovskites Ba1−xKxBi1−yNayO3

Superconductors Ba_1−xK_xBiO₃ and body-centered double perovskites Ba_1−xK_xBi_1−yNa_yO₃ have been selectively synthesized by a facile hydrothermal route. The appropriate ratio and adding sequence of initial reagents, alkalinity, reaction temperature and time are the critical factors that influence the crystal growth of the compounds. The purity and homogeneity of the crystals were detected by the ICP, SEM, EDX and TEM studies. Magnetic measurements show that the superconducting transition temperatures T_C of Ba_1−xK_xBiO₃ decrease from 22 K (for x = 0.35) to 8 K (for x = 0.55) with increasing the K doping level.     

生物医用NiTi形状记忆合金腐蚀研究进展

镍钛形状记忆合金(NiTi-SMA)具有较好的耐腐蚀和机械性能,在口腔和临床医学中有着大量而广泛的应用。NiTi-SMA腐蚀后释放Ni²⁺会引发细胞毒性和过敏反应,进一步提高NiTi-SMA的耐蚀性是目前生物医学材料领域发展的核心之一。本文对近年来国内外有关口腔医学和临床医学中常用NiTi-SMA的腐蚀研究现状进行了总结,同时也对NiTi-SMA增材制造及表面改性技术进行了评述,以期为开发高性能抗腐蚀生物医用NiTi-SMA提供一定的指导意义。     

Li掺杂Ba(Ti1/7Sn1/7Zr1/7Hf1/7Nb1/7Ga1/7Li(1/7-x))O3高熵陶瓷的制备及介电性能研究

近年来,在高熵合金基础上发展起来的高熵陶瓷逐渐引起了研究者的广泛关注,其出现为开发高性能的无机非金属材料提供了新的设计思路。本文采用固相法制备了BaMO3基钙钛矿型高熵陶瓷Ba(Ti1/7Sn1/7Zr1/7Hf1/7Nb1/7Ga1/7Li(1/7-x))O3 (x = 0, 2.3%, 5.3%, 8.3%, 11.3%),并研究了Li含量对高熵陶瓷物相结构、微观形貌及介电性能的影响。结果表明,Li含量对陶瓷结构的影响不大,陶瓷均保持立方钙钛矿结构,且无杂相产生;陶瓷的晶粒尺寸相对较均匀。当x = 0时,即B位七元等摩尔比Ba(Ti1/7Sn1/7Zr1/7Hf1/7Nb1/7Ga1/7Li1/7)O3高熵陶瓷,其介电常数达到了最大值2920 (@100 Hz),相较于已报道的不掺Li的六元高熵钙钛矿陶瓷Ba(Ti1/6Sn1/6Zr1/6Hf1/6Nb1/6Ga1/6)O3提升了近50倍。     

Thermoelectric properties of Sn1−x−yTiySbxO2 ceramics

Thermoelectric properties of Sn_1−x−yTi_y Sb_xO₂ ceramics were investigated in detail. The addition of Sb into SnO₂ matrix increased the electric conductivity, σ. The increase in the σ value should be caused by the increase in the carrier concentration. The Seebeck coefficients of all the samples were negative, which means that these samples have n-type conduction. The samples of this study have porous structure. The maximum Z value of all the samples measured in this study was 2.4 × 10⁻⁵ K⁻¹.     

CAD／CAE／CAM／PDM应用分析

分析了CAD／CAE／CAMP／PDM的作用和关系,介绍了常用CAD／CAE／CAMPDM软件及选型方法,为企业建立和应用CAD／CAE／CAM／PDM提供了依据。